毕 业 设 计（论 文）

题 目：基于西门子PLC200及组态王的配料生产线控制系统设计

（英文）：Design of Ingredients Production Line Control

System Based on Siemens PLC200 and Kingview

院 别： 自动化学院

专 业： 电气工程及其自动化

姓 名： xxx

学 号： xxx

指导教师： xxx

日 期： 2012年5月

基于西门子PLC200及组态王的配料生产线控制系统设计

摘要

随着社会的进步、科技日新月异，从18世纪60年代的以蒸汽机为主要动力的工业革命开始直到现在，工业的生产线经历过了300多年的发展历史，已经发展到了今天的全自动化大批量生产。可以说现代工业已经离不开自动化的生产线了，自动化生产线不仅可以大幅度地提高生产效率，而且还可以提高精度、提高合格率、减轻人的工作量等好处。在工业如此发达的今天，生产线控制系统逐渐地由PLC控制代替原来的单片机或机械电气控制，其许多功能是传统的控制技术无法实现的。

本设计针对我国一些小型企业的配料生产线控制系统现状，将西门子S7-200系列的PLC应用于小型的配料生产线，再由组态王作为人机交互的界面作为远程控制和监控作用。本设计通过合理的选择和编程，不仅可以提高配料生产线的生产效率、降低成本、提高安全可靠性，还可以根据不同的配料合理调整PLC程序的参数，而且可以直接通过组态王监控、控制和调整参数，实现远程控制，提高人性化。

关键词：生产线；PLC；组态王

Design of Ingredients Production Line Control System Based on the Siemens PLC200 and Kingview

ABSTRACT

With the progress of society and the great changes of science and technology, from the 1760s when the steam engine is acted as the main power of the beginning of the industrial revolution to now, industrial production lines have experienced 300-year developmental history, and has developed into fully automated mass production currently. It can be said that modern industry has been inseparable from the automated production line. Automatic production line not only can greatly improve the production efficiency, but also can improve the precision, boost qualified rate, reduce the workload. Nowadays industry is developed, and production line control system is r gradually replaced the original single chip computer or electrical machinery control with the PLC control. Many of its functions can not be achieved just through traditional control technology .

This paper aims to small business ingredient production line control system in our country, and applys the PLC of Siemens S7-200 series to small batch production line, and treats kingview as a human-computer interaction interface for remote control and monitoring function. This paper through the reasonable selection and programming, can not only improve the batching production efficiency, reduce the cost, improve the safety and reliability, and make reasonable adjustment of PLC program parameters according to the different ingredients , but also can directly via the kingview's monitor, control and adjustment of parameters, to realize the remote control and improve humanization.

Key words: Production Line; PLC; Kingview

1绪论

1.1配料生产线的发展概括

随着计算机技术和微电子技术的发展，微机配料控制系统的发展经历了人工手动控制、机械电气控制、单片机控制、工业控制计算机集中 控制等几个阶段。

在第一个阶段，微机配料设备庞大，各设备之间互不联系，或者联系甚少，由现场的操作人员只能监视和操作一个至两个计量称，并且手工记录配料的相关数据，在很大程度上产品的质量取决于操作员的熟练程度。

在第二阶段，随着电子管、晶体管技术的飞速发展，逐渐出现了各种小型化的微机配料电动组合仪表。但电动组合仪表也存在着两大问题:一是电噪声的问题比较严重，为克服噪声，不得不采用极为复杂的电子线路;另一个问题是由于微机配料系统所控对象、所处环境常常都很恶劣，电子元器件的老化严重，抗干扰的能力和可靠性不高。单片机配料系统是在大规模集成芯片技术成熟的基础上应运而生的。单片机配料系统较之前两种配料系统设计电路复杂程度降低，可靠性大大的提高。而且满足了用户实用性的要求。所以迄今为止，单片机配料系统仍然在一定程度上占据了中小型企业配料生产的主控地位。同时随着我国经济的发展，工业生产规模的扩大，计算机技术的迅猛发展，基于STD总线或PC总线的工业控制计算机（例如：PLC）应用提上了日程，并且迅速的在中国形成热潮，主要是因为工业控制计算机可靠性高，小巧结构，组成系统功能灵活，组态方便，具有小型化、模块化、组合化、标准化的特点。随着工业控制计算机的广泛应用，基于工控机的配料系统也出现在工业场合。这种配料系统大多采用集中控制方式，计算机除具有工艺流程控制、工况实时显示、提供数据存储、报表打印等功能外，还要完成对各对象的直接控制和数据采集任务。

近些年来，随着电工电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即采用交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术己成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式但在总体上，我国在配料控制系统上存在技术落后、企业平均规模小、综合生产水平低等问题。因此，提高配料的自动化程度和产品的质量， 成为当前十分紧迫的问题。

1.2单片机控制系统特点与存在问题

单片机虽然有一个五脏俱全的微计算机但由于本身无自开发能力，必须借助开发工具来开发应用软件，以及对硬件系统进行诊断。另外，单片机内的ROM比较小，所以在设计中系统必须在外面配置EPROM电路和扩展电路，所以在该项目中运用该方案必须完成(1)硬件电路的设计、组装、调试；（2）应用软件的编制、调试；(3)应用软件的链接调试、固化、脱机运行。系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。

依据单片机目前的发展状况，该方案的优点是：(1)成本较低，由于现在单片机的价格相对都比较低，而且外围电路的元器件价格也不高，所以整体设计起来，成本比较低。(2)可以对外部存储容量根据需要进行扩展，设计可以相对比较灵活。(3)由于现存有许多已经设计很完善的子程序，在系统软件设计中可以直接调用，减少较大工作量。

其缺点为：(1)系统硬件设计相对比较复杂，运用该方案，该系统硬件设计包含扩展电路部分和系统配置电路部分，所以该系统电路设计工作量相对较大，影响系统开发的时间。(2)系统的抗干扰能力相对较差，在系统设计中，虽然注意了芯片、器件选择、去耦滤波、电路板的布线，通道隔离以及屏蔽。但由于工厂的条件比较差，很难保证系统的可靠性和稳定性。(3)系统需要自己设计电源，而且不能保证系统的可靠运行。(4)维护维修相对比较麻烦，维修需要的时间也相对较长。

1.3 PLC控制配料生产线的特点

随着社会的不断发展，工业自动生产线越来越发达， PLC在工业配料生产线控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在配料生产控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对生产线的控制。

本文主要讨论研究利用西门子公司可编程控制器对配料生产线的控制，形成配料生产线控制系统，并用组态王进行远程控制和监控。

可编程控制器充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。用户买到所需要的PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可以灵活而方便地将PLC应用于生产实践，而且用户程序的编制、修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。PLC现在已经成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。

总之，配料生产线的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为生产线控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适生产线控制的要求和发展，与PLC相比较，存在质的差别。生产线使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的配料生产线控制系统，而现在，可编程控制器的使用为配料生产线的控制提供了更广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为生产线运行中的关键技术。

1.4组态王的特点

随着现代工业的发展，远程监控和操作越来越重要。组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

本设计就是用组态王与PLC通讯，实现对配料生产线的监控与远程操作、参数调节等功能。

1.5课题研究的意义和目的

随着人类的进步、社会的发展、科技的创新，自动化生产在现代工业生产中，已经逐步代替手工生产。现代的生产流水线已经越来越自动化了，尤其是生产线上的配料添加。

在现代工业生产中，经常需要将多种原料按一定的比例混合，以制造某种产品，这种将一种原料与其它几种原料按事先设定的比例进行混合配料，然后自动送到搅拌机进行生产的配料生产线控制系统在工业生产过程中有着广泛的应用，它能根据事先设定的配料单，将各种不同的原料通过称料传感器把不同的配料进行称量。

随着计算机、工控系统、控制系统等相关技术的不错发展和完善，自动化系统得到了极大的完善。然而配料系统在诸多行业的工业生产过程中占有极其重要的地位，配料工序的合理性、稳定性、准确性以及快速性直接影响到了以后的各生产环节。现在PLC由于它的可靠性高、效率高、稳定性好、编程容易等优点，使得它在市场上得到了极大的应用。PLC的极大应用提高了产品的质量和生产效率，在整个配料行业具有广阔的应用前景。

本论文设计采用西门子PLC200控制配料生产线，运用PLC与传感器结合，实现配料生产线的自动配料生产。该生产线主要由料仓、仓壁振动器、喂料器、传送带、中间仓、混合仓、搅拌机组成，各振动器、搅拌机和传送带由电机拖动，采用变频器实现电机调速，中间仓和混合仓卸料门则由电磁阀控制。当某台电机过载时电铃报警并禁止所有输出，故障排除后才能继续工作。另外用组态王实现这套系统的监控和远程控制，设计出性价比最高的一套配料生产线控制系统，投入社会。

2可编程逻辑控制器（PLC）概要

2.1 PLC简介

PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

2.2 可编程控制器(PLC)的特点

2.2.1硬件的可靠性

PLC是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的，一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。

在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，用提高了抗干扰性能；各个I/O端口都除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。

由于PLC本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。

2.2.2 编程简单，使用方便

用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。

PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。

这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的。

2.2.3 接线简单，通用性好

PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。

用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于是用。

2.2.4可连接为控制网络系统

PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为500—2500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M—10Mbps，传输距离为500—1000m，网上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。

2.2.5 易于安装，便于维护

PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。

在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。

从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。

PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。

2.3 PLC的硬件结构

2.3.1 中央处理单元（CPU）

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

　　CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模

2.3.2存储器（RAM、ROM）

存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。

2.3.3输入输出单元（I/O单元）

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

2.3.4电源

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

2.3.5编程器

编程器是PLC的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。

2.4 PLC的工作原理

PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。

所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出) 刷新”。

由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。

对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。

但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。

3配料生产线系统分析

3.1配料生产线系统的概述与分类

自动化称重配料控制系统，又称自动配料生产线系统。通常是由自动配料电气控制系统和受控的给料装置（设备）、监控系统所组成，与人工配料相比它不仅能够在生产中节省大量的劳动成本、劳动强度、减少环境对人体的危害，还可以提高终端产品的稳定性、精确度、效率，为生产企业带来巨大效益。对于不同物料的配料，需要定制设计相应的控制系统。自动配料生产线广泛应用于水泥、钢铁、玻璃、煤矿、制药、饲料、建材、PVC塑胶、橡胶、复合肥、制砖、食品、印染等众多行业。

现代自动配料系统中常用到静态模式及动态配料模式，动静态组合模式。对于不同系统模式，配料系统选型要根据生产工艺要求进行选型。

1.静态配料模式。静态配料模式用于无连续配料要求的现场，这些现场对配料的时间不高，可按批次进行配料，批次允许存在一定的时间间隔，如高炉槽下上料前后两批时间间隔为三到五分钟，每批料由多种物料组成，物料所占比率根据工艺要求在一段时间内相对固定，对单批料的组成比例要求并不严格，只要在较多批中物料组成比例能达到工艺要求即可。

静态配料模式下，各种物料分部存放在不同料仓，料仓给料一般采用电振给料、螺旋给料或门式给料等形式。计量一般采用计量仓，并配装有压式或拉式重力传感器进行力转换，信号经二次仪表放大处理后进入PLC或DCS等来完成计量。在一些对时间要求宽的场合，可以采用一个计量小车进行统一计量，计量小车沿轨道运行，依次定位到各料仓下按比例进行物料配加，各种物料的配加量采用减差发计算。亦有采用单一固定计量仓方式的，各料仓以环状分布在一个计量仓周围，各物料的计量也采用减差法，物料自溜槽或皮带输送机依次按比例配加到计量仓。

计量后的物料经过集中后，一般形成层状或段状分布，经输送设备（如皮带或小车）输送到受料口，进行下一工序，即完成一批料的配加。由于物料计量、输送、加入等环节在 时间上可以重叠，在控制流程上可以采用并行方式，以节省上料时间，提高上料速度。

2.动态配料模式：动态配料适用于连续配料要求的现场，如烧结配料、焦化配料。这些现场对配料的连续性要求较高，一般不允许出现中间配料停止的情况，对各种物料的配比要求比较严格。动态配料系统计量一般采用电子皮带秤或核子秤作为计量设备，主机都带有PID调节及报警功能，可以实现一个仓的自动控制，对于整个自动配料系统而言，配料秤一般作为计量仪表使用，有些自动控制功能比较强 的配料秤可以利用其自控功能，配料秤通过现场总线与控制主机进行联系，构成一个分散式的体系，配料秤在体系中作为一个子站或从站。

电子皮带秤的计量原理及选型电子皮带秤利用计量皮带带来运输物料，当物流进过称量段时，由称量段进行连续采样，由传感器将力电转换为MV级信号，经放大器放大为电流信号后进行远传，电流信号可以与秤主机连接或直接与计算机系统连接，秤主机或计算机完成零点校验、标定、测试、控制等功能。

称量段是由一段皮带、一组称量拖量、支撑框架及力传感器组成，机构上有全悬浮式、杠杆平衡式等多种形式。全悬浮式称架结构一般采用4只传感器，半悬浮式一般采用1或2只传感器，杠杆平衡式一般采用1只传感器。传感器有拉式和压式两种，根据称架结构的设计可以选用不同的传感器。多传感器设计时各传感器可以采用并行和串行两种连接方式。

对电子皮带秤而言，其秤架结构的设计与传感器的选择是整体计量精度的重要影响因素。秤架要具备足够强度、性变小、重量轻。传感器要根据实际的负荷选择，有时会出现传感器选择会过大，信号空间过窄，信噪比小，导致计量精度差、波动大等后果。全悬浮式和半悬浮式称架由于其称架的重量加在传感器上，传感器量程比较大，相对灵敏度较差，此时要综合考虑称架及物流负荷的情况选择传感器，既要满足最大物料负荷的要求，还要尽量提高相对灵敏度，满足计量精度的要求。

3.2配料生产线系统的组成

随着工业的发展，配料生产线发展到现在也是多种多样，各种配料生产线的控制系统也是根据实际情况有所改动，但是万变不离其中，本设计从最基本的配料生产线控制系统出发，走大众化路线，设计一套最普遍最基本的配料生产线控制系统。

本配料生产线控制系统的设计是采用西门子PLC200和组态王组态软件为工具，实现配料系统的自动控制。该生产线主要由1号和2号料仓、仓壁振动器、喂料器、1号和2号传送带、中间仓、混合仓、搅拌机组成，各振动器、搅拌机和传送带由电机拖动，中间仓和混合仓卸料门则由电磁阀控制，当某台电机过载时电铃报警并禁止所有输出，故障排除后才能继续工作。

一套控制系统必然少不了各种传感器，本系统主要采用称料传感器对配料的量进行控制，一旦任意一个料仓下料达到设定值，该料仓的称重传感器就会起作用，停止下料。当2个料仓的下料都达到设定值，这时2个料仓都会停止下料，然后启动1号传送带，把料送到下一个环节。

3.3配料生产线的控制要求

控制系统要求有自动、单周期和手动三种工作方式：在自动工作方式下，按下启动按钮能连续不断的循环工作，直到按下停止按钮停止工作；在单周期工作方式下，按下启动按钮后工作一个周期自动停止工作；手动工作方式下，可手动调整1号传送带、2号传送带和搅拌机。

每个工作周期的工作过程如下：

1.按下启动按钮后，两个仓壁振动器和两个喂料振动器同时启动，料仓1和料仓2同时开始下料，将配料喂入称料仓；

2.当称料传感器SQ1和SQ2接通时，对应的仓壁振动器和喂料振动器停止工作，停止喂料，同时启动1号送料传送带；

3.延时10秒后启动两个排料振动器进行排料，将称料仓中的配料通过1号传送带送入中间仓；

4.延时300秒后启动搅拌机，1号送料传送带停止工作；

5.延时3秒后打开中间仓门，将中间仓中的配料放入混合仓通过搅拌机混合均匀；

6.延时300秒后，开启混合仓卸料门，启动2号传送带将混合均匀的配料送走；

7.延时300秒后，全部停止工作，一个周期结束后回到初始状态或继续进入下一个周期

3.4配料生产线控制系统的流程图

图3.1 系统流程图

3.5配料生产线控制系统的性能及特点

本设计采用了多重连锁功能，远程控制与监测功能，变频器调速功能以及过载、短路保护功能。

1.多重连锁功能：本系统采用自动控制按钮、单周期运行按钮和手动按钮之间的互相连锁，一旦按下任意一个按钮，在没停止的情况下再按其它的按钮无效。除此之外还采用了各个环节和开始按钮的连锁，一旦选用自动按钮或者单周期按钮，在没停止之前或者一个周期未结束之前，再按下任意一个开始按钮无效。

2.远程控制与监测功能：用组态王对该系统实现人机交互的界面，实现远程控制系统的功能，包括参数的调节、开关按钮的控制等，除此之外还能观看到系统的动态模拟画面。

3.过载、短路保护功能：本系统同了热继电器对电机进行过载与短路保护，一旦电机过载，就会引起热继电器的动作，从而切断电源并且报警。

4.变频器调节：本系统的电机调速采用变频器调速。

3.6配料自动控制过程

配料自动控制是整个系统的关键，它是保证配料比例在误差范围内的重要保证，是保证成品质量的重要手段。本配料系统的控制具有自动、单周期和手段三种控制方式，手动控制比较简单，在此不予讨论，以下主要讨论自动控制模式。自动控制模式的配料控制流程如下：

1.选称。如生产某种产品，根据配方需要几种原料，有些产品的原料是单种存放的，需要选择转载这几种原料的原料线，本文称为选称。

2.测料。对选择的电子秤的储料仓，进行料检测，若高出高料位，则发出超料警报，停止向料仓排料。

3.设定原料的比例。不同产品中各种原料的比例是不固定的，因此要生产某种产品需要配置他们不同的比例。

4.设定原料误差范围。

5.设定电子秤承受的测量范围，一般是以电子秤量程的60%，作为电子秤测量的设定值，根据产品原料比例，计算每种原料的出料当量（以一分钟生产的混料为基准），当量除以电子秤的设定值，得到原料出料的当料。

6.启动每个配料皮带的电机，代各电机转速稳定后，打开各原料出料扣控制阀门，注意应逐步调大，一分钟调节以此，根据电子秤测量的值（一分钟测30次，求平均值），逐步调节到合适为止。

7.进入监控程序。待控制稳定后，进入系统的微调控制过程，只需微调各出料的控制阀门，维持系统在各原料的误差范围内，超出范围，系统自动调节出料阀门的开启程度。两分钟后，若问题依然存在，则系统自动报警，通知工作人员进行错误处理。若操作人员处理失败，5分钟后系统自动停机处理。

4配料生产线控制系统的硬件设计

4.1配料生产线的工艺

本配料生产线控制系统的组成有：料仓、称料仓、管道、1号传送带、电机、中间仓、搅拌机、混合仓、2号传送带。整个控制系统的流程是：首先由各个料仓下料到称料仓，通过事先设定的参数，当配料的重量达到设定值时，称料仓里面的传感器就会输出信号，停止下料，开启1号传送带，延时一段时间后，启动排料振动器把称料仓的配料排到1号传送带，通过1号传送带传送到中间仓门，通过参数的设定，等到所有的配料都排进中间仓门后，开启搅拌机，延时一段时间开启中间仓门，配料进入到混合仓门进行搅拌阶段；然后等到搅拌机运行时间到，就开启混合仓门，把配料排进2号传送带；最后2号传送带把配料送走。

本系统采用的料仓是装有仓壁振动器和喂料振动器的料仓，通过振动器的振动，把配料喂进称料仓；而称料仓则是带有称料传感器和排料振动器的特殊仓，通过称料传感器的信号输出，从而启动1号传送带，停止料仓下料，再延时一段时间，称料仓的排料振动器就会开启，进行排料，把配料排到2号传送带。中间仓门和混合仓门都是采用电磁阀控制阀门开启关闭的仓门。本系统主要的硬件是PLC、电机和变频器，接下来重点介绍。

图4.1 配料生产线工艺流程图

4.2 可编程控制器PLC的选型

4.2.1输入输出（I/O）点数的确定

一个单线圈电磁阀用可编程控制器时需两个输入及一个输出；一个双线圈电磁阀需三个输入及两个输出；一个比例式电磁阀需三个输入及五个输出。一个按钮需一个输入；一个光电开关要占用一个或两个输入点；一个信号占用一个输出点；而波段开关，有几个波段就占用几个输入点；一般情况，各种位置开关都要占用两个输入点。I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。

本设计采用PLC构成的配料生产线控制系统，按照该系统的组成，本系统设有电磁阀控制的中间仓门和混合仓门共2个，这2个电磁阀采用单线圈电磁阀每个占用1个输出点，各振动器、搅拌机和传送带由电机拖动，每个电机占用1个输出点。总体来说设置1个自动开始按钮、1个单周期循环按钮、1个手动调节搅拌机按钮、1个停止按钮、2个称料传感器输入点、一个热继电器输动开始按钮、一个手动调节1号传送带按钮、一个手动调节2号传送带按钮、一个手入点，一共输入点10个。输出点就有1、2号仓料喂料振动器2个、排料振动器1个、搅拌机1个、中间仓门1个、混合仓卸料门1个、1号和2号传送带2个、指示灯3个、报警蜂鸣器1个，共12个。

综上所述，输入点共有10个，输出点共有12个。

经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。经验设计法的具体步骤如下：

（1） 确定输入/输出电器；

（2） 确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；

（3） 做出系统动作工程流程图；

（4） 选择PLC指令并编写程序；

（5） 编写其它控制控制要求的程序；

（6） 将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。

4.2.2内存估计

存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。

存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。

4.2.3 PLC的类型

PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。

整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

4.2.4输入输出模块的选择

可编程控制器输入模块是检测并转换来自现场设备（按钮、限位开关、接近开关等）的高电平信号为机器内部电平信号，模型类型分直流5、12、24、48、60V几种；交流115V和220V两种。

模块输出的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共段所允许通过的电流值。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。

4.2.5电源的选择

PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。

如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。

由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。

4.2.6经济性的考虑

选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。

输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。

4.2.7机型的选择

选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、综上所述，根据具体情况，我们选择SIMATIC 小型S7-200系列PLC。S7—200的CPU226CN输入，输出点数为24／16，足以满足要求。它适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块等。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。

4.3变频器的选择

4.3.1变频器的概述

变频技术是电力电子技术的主要组成部分，它主要应用在交流电机的调速和供电电源两个领域。过去，调速传动方式的主流是晶闸管直流电动机传动系统，但直流电动机本身存在一些固有的缺点，如受使用环境的条件限制，需要定期维护最高速度和容量受限制等。而交流调速传动系统除了可克服直流高速传动系统的缺点外，还具有交流电动机结构简单，可靠性高、节能、高精度、快响应等优点。在交流调速传动的各种方式中，变频调速就是应用最多的一种，因为在交流电动机的转差功率中，转子铜损部分的消耗是不可避免的，采用变频调速的方式无论电动机转速高低，转差功率的消耗基本不变，系统效率是各种交流调速方式中最高的，所以采用变频调速具有显著的节能效果。变频技术的产生与发展为交流调速开拓了广阔的天地。国外交流调速在电气传动行业内已占绝对优势，虽然国内直流调速还在大量使用，但近年来凡新建的电气传动系统均采用交流调速，其发展势头是迅速的。变频技术在供电电源方面的应用主要是；(1)将过去用发电机变压器产生交流电源的地方(如中频电源，不停电电源等)用变频电源取代；(2)将计算机、电焊机、电子装置等用直流电源的地方改为变频技术为核心的开关电源。变频技术在电源中的应用，极大地减小了电源装置的体积，提高了效率，产生了巨大的经济效益。

4.3.2传送带和搅拌机的电机调速系统

在配料生产线系统上，各振动器、传送带和搅拌机由电机拖动，振动器和传送带的电机速度直接关系到生产效率，振动器、传送带和搅拌机在实际的运行中要根据实际情况调速，要配合其它环节的时间进行调速，不能过快也不能过慢。在下料过程中不同的料和不同的量都需要传送带和搅拌机速度要合适，所以在配料生产线的系统中经常要调节传送带和搅拌机的速度，考虑到变频器的调速系统比较稳定，而且精度很高，所以选用了变频器作为配料生产线的传送带和搅拌机的电机调速系统。

在过去，生产线对传送带电机的调速没有很注重，一般应用变极方式实现电机的调速。因为这种系统只能实现有级调速，无法对电机的转速和加、减速进行准确的控制，所以此方式的舒适感和平层精度都较差。后来又采用交流调压调速控制的电机，进行速度闭环控制，其舒适感和平层精度都有较大提高，但它却很难实现精确控制，并且能耗大，输入功率因数也低，影响了系统的整体性能。对于高速电电机，过去主要采用晶闸管直流调速系统，存在维护难等问题，并且调速系统的功率因数也不高。与前述方式相比较，变频调速则是各种调速方法中效率、性能均较好的一种。

4.3.3变频器型号的选择

根据具体情况，考虑到电机的速度、负载、变频的频率、容量以及电机的功率，我们选择MM440。

MM440 是西门子公司生产的通用型矢量变频器，它性能稳定，质量可靠，功能齐全，在电机行业首次使用。可编程序控制器PLC 和MM440 变频器之间的通讯可有两种方式，一种是串行通讯,采用串行通讯只需一根双芯屏蔽电缆西门子专用，它大大减少了布线的数量，无须重新布线即可更改控制功能，可以通过串行接口设置和修改变频器的参数，还可以连续对变频器的特性进行监视和控制另一种是并行通讯。另外变频器上还安装了编码器模板这使得这种通用型MM440 可以接成闭环速度反馈控制方式与无传感器矢量控制SLVC 和变压/变频V/F 相比这种控制方式具有以下优点：

1 零速时仍然具有额定转矩的负载能力

2 速度控制的精度

3 速度控制和转矩控制的动态性能得到改善

4.4电机的选择

4.4.1电机选择的基本内容

选择电动机的内容：种类、型式、额定转速、额定电压、额定功率（容量）。

正确选择电动机容量的原则：完全满足生产机械对电动机提出的功率、转矩、转速、以及起动、调速、制动和过载等要求，电动机在工作过程中能充分被利用，而且还不超过国家标准所规定的温升。

一、电动机种类的选择

图4.2 电机分类图

选择依据：由机械特性、调速情况与起动性能、 维护以及价格、工作方式（连续、 短时、断续周期工作制）决定。

1. 当生产机械对电动机的起动、制动、调速性能要求不高时，应尽量采用交流电动机。

(1) 对于负载平稳，且无特殊要求的长期工作制机械，应选用鼠笼型电动机；

(2) 若要求电动机具有较好的起动性能，应采用双鼠笼或深槽式等高起动转矩的异步电动机；

(3) 对于具有有级调速的生产机械，应采用鼠笼型多速异步电动机；

(4) 对于电梯、桥式起重机类机械要求限制起动电流与提高起动转矩，应采用绕线式异步电动机；

(5) 对于功率较大，又不需要调速的生产机械，且长期工作， 应采用同步电动机。

2. 当起动、制动、调速等性能采用交流电动机无法满足时， 则采用直流电动机或晶闸管—直流电动机（KZ—D）系统

3. 随着交流调速系统的不断发展，交流调速性能一定会赶上直流调速系统，因此，今后可以普遍选用交流电动机了。

二、电动机外型结构的选择

1. 开启式：用于干燥和清洁的环境中。

2. 防护式: 用于干燥和灰尘不多，没有腐蚀性，爆炸性气体存在的环境中。

3. 封闭式：适用于潮湿、多灰尘、易受风雨侵蚀等恶劣环境中。

4.密封式： 电动机密封程度高，可以浸在液体中使用，如潜水电动机。

5. 防爆式：适用于有爆炸危险的环境中。

三、电动机额定转速的选择

1. 电动机连续工作，很少起动、制动或反转，可以从设备的初期投资，占地面积和维护费用等方面，就不同的传动比进行比较来确定合适的额定转速。

2. 电动机经常起动、制动及正反转，但过渡过程的持续时间对生产率影响不大。除考虑初期投资之外，还要根据过渡过程能量损耗为最小的条件来确定合适的额定转速。

3. 电动机经常起动、制动及正反转，过渡过程的持续时间对生产率影响较大。主要根据过渡过程持续时间为最短的条件来选择额定转速。

四、电动机工作制的选择

根据电动机的工作方式选择电动机的工作制。国产电动机按发热与冷却情况不同，分为九种工作制。如连续工作制、短时工作制、断续周期工作制等等。

五、电动机型号的选择

国产电动机为了满足生产机械的不同需要，做成许多在结构型式、应用范围、性能水平等各异、功率按一定比例递增并成批生产的系列产品，并冠以规定的产品型号。例如Y系列电动机是20世纪80年代设计的封闭型笼型三相异步电动机；YR系列为绕线型三相异步电动机；YD系列为三相多速异步电动机；YB系列为防爆型三相异步电动机；T系列为三相同步电动机；Z系列为直流电动机等等。

4.4.2连续工作制的电机容量选择

1. 常值负载下电动机容量的选择

计算出生产机械的常值负载功率，查阅电动机相关产品目录，选择电机额定功率等于或略大于生产机械的常值负载功率、转速合适的电动机即可。一般不需进行发热校验。当环境温度与标准环境温度(40)相差较大时，为充分利用电动机，进行电动机容量修正。

2.变化负载下电动机容量的选择

由于电动机一个周期内的温升不仅与负载的大小有关还与负载的持续时间有关，生产机械平均功率PL只能反映电动机的平均温升，因此按PN=(1.1~1.6) PLD预选电动机额定功率，大负载的运行时间长则应选择较大系数，再计算出电动机的温升变化曲线得到最高温升τmax，并对电动机进行校验。

由于电动机的最高温升τmax计算困难，因此常常采用平均损耗法、等效法（等效电流法、等效转矩法、等效功率法）间接计算法。等效法选择电动机容量后，再对起动能力和过载能力进行校验。

3.采用短时工作制电动机时的容量选择

当电动机实际工作时间tw标准工作时间tws有差别时，需要进行折算，即按发热和温升等效的原则将实际非标准工作时间下的负载功率变成相近的标准工作时间下的负载功率。

（4.1）

为折算系数，折算后，预选电动机不须再进行校验。

4.采用连续工作制电动机的容量选择

预选电动机时，应将短时工作的负载功率折算成连续工作制的负载功率 。

预选电动机额定功率应满足

（4.2）

4.4.3电机型号的选择

Y系列电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。安装尺寸和功率等级符合IEC标准，外壳防护等级为IP44，冷却方法为IC411，连续工作制（S1）。适用于驱动无特殊要求的机械设备，如机床、泵、风机、压缩机、搅拌机、运输机械、农业机械、传送带等。本系统搅拌机和传送带电机采用Y系列电动机。电机采用星三角接法，以此减低电机启动时的冲击电流。

振动器的电机采用GT系列铝合金振动器。该振动器不需润滑,只需乾净空气,耐高温120°C；噪音范围 60-75 分贝( dB ).产品采用正负阳极氧化端盖和偏心转轮，振动力大。有以下优点：1.体积小、故障少 2.起止迅速。3.振动力、振动频率及振幅，可运动中随意调整。4.型号多、应用广。

图4.3 系统的主回路电气控制图

4.4.4系统的硬件框图

图4.4 系统的硬件框图

图4.5 配料生产线系统原理框图

该配料生产线控制系统采用3用工作方式，包括自动循环、单周期循环、手动开始，考虑到不会因误操作导致的冲突，每个工作方式都设置了互锁，另外每个输出点也设置了互锁，每个工作方式也相应设有指示灯，让工作人员清晰地知道系统正在运行的是哪种状态。

5配料生产线控制系统的软件设置

5.1编程软件STEP7的概述

STEP 7-Micro/WIN 32是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件，是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包。它是SIMATIC工业软件的组成部分。有下列版本的STEP 7标准软件包：用于SIMATIC S7-200上简单单站应用的STEP 7 Micro/DOS和STEP 7 Micro/WIN；用于使用带有各种功能的SIMATIC S7-300/ST-400、SIMATIC M7-300/M7-400和SIMATIC C 7的STEP 7：

1.可通过选择SIMATIC工业软件中的软件产品进行扩展

2.为功能模板和通讯处理器赋值参数

3.强制和多处理器模式

4.全局数据通讯

5.使用通讯功能块的事件驱动数据传送

6.组态连接

STEP7编程软件允许结构化用户程序，可以将程序分解为单个的自成体系的程序部分从而使大规模的程序更容易理解，可以对单个的程序部分进行标准化程序组织简化，修改更容易系统的调试也容易了许多在7s用户程序中可以使用如下几种不同类型的块：

组织块(OB)是操作系统和用户程序的接口它们由操作系统调用，并控制循环和中断驱动程序的执行，以及可编程控制器如何启动。它们还处理对错误的响应组织块决定各个程序部分执行的顺序用于循环程序处理的组织块OB1的优先级最高。操作系统循环调用OB1并用这个调用启动用户程序的循环执行。

功能（FC）属于用户自己编程的块功能是“无存储区”的逻辑块FC的临时变量存储在局域数据堆栈中，当FC执行结束后，这些数据就丢失了。

功能块（FB）属于用户自己编程的块功能块是具有“存储功能”的块，用数据块作为功能块的存储器(背景数据块)传递给FB的参数和静态变量存在背景数据块中，背景数据块(背景DB)在每次功能块调用时都要分配一块给这次调用，用于传递参数。

系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)是STEP7为用户提供的己编程好的程序的块，经过测试集成在CPU中的功能程序库SFB作为操作系统的一部分并不占用程序空间，是具有存储能力的块，它需要一个背景数据块，并须将此块作为程序的一部分安装到CPU中。

5.2程序设计常用方法

5.2.1经验设计法

经验设计法也叫凑试法。在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，凭经验进行选择、组合。这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。经验设计法的具体步骤如下：

（1）确定输入/输出电器；

（2）确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；

（3）做出系统动作工程流程图；

（4）选择PLC指令并编写程序；

（5）编写其它控制控制要求的程序；

（6）将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。

本系统主要就是采用经验设计法。

5.2.2逻辑设计法

工业电气控制线路中，有很多是通过继电器等电器元件来实现的。而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即：断开和闭合，因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。该方法法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计，它使用逻辑表达式描述问题。在得出逻辑表达式后，根据逻辑表达式画出梯形图。

5.2.3顺序控制法

对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。

电梯作为现代智能建筑内的代步工具。越来越显示出它的重要作用，为了适应电梯的迅速发展。由PLC控制代替传统继电器控制已成为发展定局PLC是集计算机控制、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。它的编程软件采用易学易懂的梯形图语言!控制灵方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，本次设计对传统电梯控制方式加以更新，运用高性价比的现代PLC控制方式，力求以人性化、智能化方向推存出新!设计出一款高效、安全、价廉；能个性化组合且能在商业办公楼、行政大楼、中小型宾馆和居民公寓中发挥显著作用的普及型电梯控制系统。实际上电梯是根据外部呼叫信号和自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制都不能满足控制要求。因此，本系统采用经验设计法为主的设计方法，取得了教好的效果。

5.3 PLC地址分配

5.3.1 输入/输出的分配如下

该系统占用PLC的24个I/O口，10个输入点，14个输出点，具体的I/O分配如下图所示：

表5.1 S7-200的I/O分配表

根据要求，可设计出PLC的外部接线，如图所示。CPU226CN的传感器电源24V(DC)可以输出600mA电流，通过核算在本设计中PLC容量完全满足要求，CPU226CN的输出继电器触点容量为2A，电压范围为5~30V（DC）或5~250V（AC）。

5.4 各程序段模块分析

5.4.1初始化参数

当PLC通电的时候，给予SM0.1一个信号，SM0.1首次扫描为1，可以用于调用初始化程序。

图5.3 PLC程序初始化图

5.4.2三种启动方式

三种启动方式，包括自动开始，单周期循环，手动开始，每个方式都设计了互锁。

图5.4 PLC程序启动方式图

5.4.3 传送带1号运料

当两个称料传感器都接通的时候，传送带1号也就起作用，同时停止喂料操作，进到排料环节。

图5.5 PLC程序1号传送带运料图

5.4.4 搅拌配料与运走配料

当排料振动器工作时间到的时候，搅拌机就会作用，延时3S，就打开中间仓门，延时300后，打开卸料仓门，进行卸料环节，同时启动2号传送带。

图5.6 PLC程序搅拌配料与运走配料图

5.4.5 程序的循环设定

由于本程序有3个启动方式，只有当自动开始方式程序才循环，当按下自动开始按钮的时候，程序就会走网络12、13、14，当2号传送带停止工作之后，断电延时1S，接通中间继电器M1.3后，程序循环开始。当按下单周期开始按钮之后，程序就会走网络15、16，当传送带2号停止工作之后，不会循环。

图5.7 PLC程序循环设定图

5.4.6 指示灯和报警部分

当按下任一个开始按钮时，相应的指示灯会工作，让操作人员更清晰地知道正在进行的是哪一个工作方式。当热继电器发热过大导致线圈工作时，就会引起报警。

图5.8 PLC程序指示灯与报警图

6系统监控画面编程

6.1组态王的简介

随着现代工业的发展，远程监控和操作越来越重要。组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

本设计就是用组态王与PLC通讯，实现对配料生产线的监控与远程操作、参数调节等功能。

图6.1 组态王主界面图

6.2组态王与PLC的通讯

图6.2 组态王向导设置图

图6.3 组态王远程地址图

图6.4 PLC远程地址图

6.3组态变量

数据库是“组态王”软件的核心部分，数据变量的集合称为“数据词典”。本设计定义了19个I/O离散变量，1个内存整型变量，5个I/O实型变量。

图6.5 组态变量图

6.4主画面

本设计主要三大画面，一个主画面，一个动态演示画面，一个参数调节画面。主画面基本上包含了这套控制系统的整体画面，左边是整体画面，右边是控制画面。在左边的画面中，各振动器的工作状态用指示灯表示，灯亮表示正在工作。另外传送带和搅拌机的电机就旁边的电机来表示，电机的灯亮就代表该电机正在工作。在右边的画面中，三个不同工作方式的开始按钮上面的指示灯，分别对应表示三种工作状态。改画面中的复位按钮也就是停止按钮，改按钮不仅可以是切断所有的工作状态，还可以复位报警的蜂鸣器。另外还设有手动调节1、2号传送带按钮和手动调节搅拌机按钮。另外还设计了画面切换菜单。

图6.6 组态主画面图

6.5实时趋势画面

图6.7 实时趋势画面图

6.6参数调节画面

该画面主要是调节各环节的等待或工作时间。

图6.8 组态参数调节图

6.7编程语言

图6.9 应用程序命令语言

图6.10 事件命令语言图

7结论与展望

7.1结论

本设计主要以PLC为核心，以组态王作为人机交互的界面，利用PLC的强大控制功能，实现了对配料生产线的控制，又以组态王的强大功能实现对该生产线的远程控制。

利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程。利用可编程控制器控制配料生产线，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当配料改变时，只需要在组态王上改变一些参数，还有把称料传感器的参数改下，原来的接线不需改变，要改动的地方也较少。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。

7.2心得

毕业设计是每个本科大学生的一门必修课，这无疑也给了每位本科大学生巨大的压力，作为毕业前的最后一项巨大的任务，很多人早早就开始准备了，原本计划为期一个学期的毕业设计，一个寒假回来之后，由于招聘会和毕业实习等缘故，真正给予我们时间去深入研究可能只剩不到一个月的时间，设计起来显得有点仓促，但我们依然克服重重困难，面对挑战，总算完成了大学的最后一项任务。在即将画上圆满的句号之际，心中有无限的感慨。从开题到任务的完成，中间经历了反复修改，不断调试的过程。虽然整个过程进行得不太顺利，但总的来说给我的收获甚多，感觉把大学四年所学的知识进行了回顾梳理，串接成一条线索，引导我把书本的知识进行了综合全面的运用，虽然本人现在不是从事PLC行业，但学海无涯，当然是学得越多越好。

在程序设计过程中，由于本人很早就去外地实习了，这对我的PLC和组态的程序调试带来很大不便，我首期是用PLC的仿真软件来调试PLC的程序，在调试过程中，由于程序有很多漏洞，导致改了很多次，但设计的精髓就是“改”，程序也就越改越完善，最后成功地在仿真软件上演示成功。但组态王部分就没有仿真软件，我只能先编好程序，等到回校的时候再调试了。

在这实践过程中，让我感受到理论联系实践的重要性。平时我们学的都是一些理论知识，即使是平时做实验大都是以验证为主，比较注重理论性，而较少注重我们的动手锻炼和创新设计。而这一次的设计不光要懂得理论知识，更多的是要动脑筋去设计，动手调试验证。很多东西看起来十分简单，原理大家都懂，平时生活中也经常接触，但没有作为一名开发人员亲自去做，你就不会懂理论与实践是有很大区别，实际情况不一定就如理论设想的那样，在实际操作中有许多需要注意的地方，这些直接影响到最终设计的成败。毕业设计就是要打破理论和实践之间的间隔，跨过理论和实践之间的鸿沟。不仅加强了我们的动手能力、在专业技术知识方面特别是对PLC的认识也有所巩固和加深。我们的办事能力、组织能力、交际能力、团队协作能力也得到了锻炼，给予了我很多书本上学习不到的知识。通过本设计，让我在工作的细心和认真程度上得到了提高。并且，更了解了有关可编程控制器的功能和运用。我选择这个设计，也是为了弥补以前学习上的不足。我的知识领域得到进一步扩展，专业技能得到进一步提高，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。

经过这次进入社会前最后的磨练，从开始的完全不懂到能圆满达成设计要求，从开始查资料时的迷茫到现在的自信，不仅让我觉得这些日子过得十分充实而有意义，而且让我深刻地认识到自己还有很多知识的含糊和遗漏，学到的书本知识还不能充分运用到实际，这是在即将踏进社会，实际工作之前的一个查漏补缺，清楚认识到我还需要更多的研究与锻炼，这四年所学的知识需要自己归纳、总结和运用。从而充分体现出毕业设计的必要性、重要性和实用性。我非常珍惜和享受这次的锻炼机会。

7.3 展望

本设计中存在有一些不足之处。如：PLC编程部分不够清晰，系统设置不够完善，配料限制比较大，本系统只适合固体而且颗粒比较小的类型，而且种类比较少，本系统只设计了2种配料。由于实验室的实际情况，并且本人学习不精，暂时没能解决。在以后的工作学习中我会不断地努力学习，不断改进提升。

今后配料生产线控制系统可向着以下方向发展：

(1)高精度：新型传感器、更科学的称架结构、高精度AD转换模块的采用，系统的设计理念有效提高了系统的整体计量精度。

(2)高可靠性：电路的高集成度与简约化打打降低了系统的故障率，减少了维护量，故障时间缩短。

(3)智能化：系统设计上采用了更多的新思想、新技术，系统的功能进一步完善，与管理信息系统、化验系统进行信息共享，可以为管理提供多种统计数据，自动对配料比例、数量等进行优化，达到智能化配料。

(4)分布式：智能型的称重配料单元被广泛采用，现场单元的计量与控制功能逐步完善，形成分布式的结构体系，系统的可靠性有了较大的提高，计算机业从繁重的计量与控制工作中解脱出来，将重点放在了数据处理与配料优化方面。

参考文献

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致谢

毕业设计即将结束，在此，首先要感谢我的指导老师唐德翠老师给我这次跟着他学习的机会，感谢她对我的悉心指导。还记得当初选课题的时候，由于对PLC比较感兴趣，我在课题还没出的时候就打电话给曾经教我们PLC的唐老师，想请求她给我一个机会让她做我的指导老师，老师很爽快地答应了，那时候我感到很高兴。在做毕业设计过程中，由于我长期都在外地实习，在我遇到问题的时候都是通过QQ请教老师，老师也很耐心的一字一字地教导我。在我回校调试过程中，更是找了很多次老师，老师都很耐心的在实验室指导我。在老师的教导下，我的毕业设计才能够比较顺利、及时地完成。也感谢学校提供这次毕业设计的动手操作平台，让我把实践和理论相结合，用理论更好的指导实践，实践更好的充实理论所学。我还要特别感谢PLC实验室的老师，每次我们超时地调试，害老师错过了正常吃饭时间，但他总是说没所谓，也不会急着赶我们走。制作与调试过程中遇到了很多困难，感谢舍友们互相扶持，默默给我支持，也是他们一直叫我不要放弃，坚持下去，才可以顺利成功地完成本次毕业设计！经过大学最后的这次学习锻炼的机会，让我感受到同学之间互相帮忙的重要性，当我自己在制作过程中遇到了困难时，是他们给了我勇气与力量。在此致以在四年大学生活中所有帮助我关心我的朋友真诚的祝福。

附录A 组态运行图

图A1 自动开始图

图A2 传送带运行动态图

图A3 搅拌机运行动态图

图A4 传送带2号运行动态图

图A5 实时趋势图

图A6 参数调节图

图A7 单周期开始图

基于西门子PLC200及组态王的配料生产线控制系统设计